1. EXPLICAR LA DIFERENCIA ENTRE UN SIX DE CONVERTIDOR DC – DC LINEAL Y NO LINEAL. La elección del uso de un convertidor Lineal o no Lineal en un diseño particular está basada en las necesidades de la aplicación. Ambos tipos de convertidores convertidores tienen sus ventajas y desventajas. desventajas. Un convertidor lineal ofrece al diseñador tres ventajas principales:
Simplicidad de diseño. Operación suave y capacidad de manejar cargas. Bajo ruido de salida y una respuesta dinámica muy rápida. Para potencias menores a 10W, el costo de los componentes es mucho menor que el de los convertidores convertidores no lineales.
Las desventajas del convertidor convertidor lineal
Es su límite de aplicación. Puede tener sólo una salida. Por esto, para cada salida regulada adicional necesaria, deberá incrementarse incrementarse el circuito de potencia. Su eficiencia. En aplicaciones normales, los convertidores convertidores lineales tienen una eficiencia del 30 al 60%. Esto significa que por cada Watt los costos se irán incrementando. Esta pérdida llamada “headroom loss”
El convertidor no lineal tienen las siguientes ventajas:
Su eficiencia está comprendida comprendida entre el 68 y el 90 Debido a que la tensión de entrada es conmutada en una forma de alterna y ubicada en un elemento magnético, se puede variar la relación de transformación pudiendo funcionar como reductor, elevador, o inversor de tensión con múltiples salidas. No es necesario el uso del transformador de línea, ya que el elemento magnético de transferencia de energía lo puede reemplazar, funcionando no en 50/60 Hz, sino en alta frecuencia de conmutación, reduciendo el tamaño del transformador y en consecuencia, de la fuente; reduciendo reduciendo el peso, y el coste. coste.
Las desventajas de los convertidores no lineales.
Tiene un diseño más elaborado. Su diseño puede llevar varias semanas o meses de desarrollo y puesta a punto, dependiendo dependiendo de los requerimientos. requerimientos. Segundo, el ruido es mayor que el de los convertidores lineales. En la salida y entrada, radia interferencia electromagnética y de radiofrecuencia. Esto puede dificultar el control y no deberá ser ignorado durante la fase de diseño. Por éste motivo se deberán agregar de protección, de arranque suave, y filtros de línea adicionales como etapas previas. Tercero, el convertidor no lineal toma proporciones de energía de la entrada en pulsos de tiempos limitados para transferirlo a la salida en otras condiciones de corriente y tensión, por lo que le llevará mayor tiempo de restablecimiento al circuito para soportar variaciones en la entrada. Esto se llama “respuesta transitoria en el tiempo“.
2. EXPLICAR LAS DIFERENCIAS DE CONVERTIDORES DC – DC DE MODO CONTINUO – DISCONTINUO. Todos los convertidores pueden presentar dos modos de conducción, los cuales se deben a la relación entre el tiempo en el que el conmutador se encuentra cerrado , y el tiempo necesario para que la bobina descargue totalmente la energía almacenada previamente: Los modos de conducción posibles son : Modo de Conducción Continua (MCC):
La Intensidad que fluye por la carga fluctúa entre unos valores máximo y mínimo, pero nunca llega a anularse. Esto se debe a que el conmutador deberá estar bloqueado en un intervalo de tiempo que permita a la intensidad en la carga n0 hacerse cero. De este modo, al comenzar el siguiente periodo la intensidad podrá partir de un calor inicial, IL (MIN). Modo de Conducción Discontinua (MCD):
La intensidad en la carga se hace nula en un momento determinad a lo largo de un intervalo de tiempo Toff durante el cual el interruptor está abierto. El tiempo que permanece abierto el interruptor es mayor que el tiempo que puede estar la bobina cediendo energía, con lo que al iniciarse el siguiente periodo la intensidad en la carga partirá de cero. Ambos modos de operación quedan reflejados en la siguiente figura, para el caso de un Chopper reductor.
3. DISEÑAR UN SIX DE CONMUTACIÓN DC – DC CONTINUA. El convertidor Boost (o elevador) es un convertidor DC a DC que obtiene a su salida una tensión continua mayor que a su entrada. Es un tipo de fuente de alimentación conmutada que contiene al menos dos interruptores semiconductores (diodo y transistor), y al menos un elemento para almacenar energía (condensador, bobina o combinación de ambos). Frecuentemente se añaden filtros construidos con inductores y condensadores para mejorar el rendimiento. La energía también puede provenir de fuentes DC como baterías, paneles solares, rectificadores y generadores DC, pero ser de niveles inadecuados. El proceso de cambiar una tensión de continua a otra diferente es llamado conversión DC a DC. Un convertidor Boost es uno de los tipos de convertidores DC a DC. Presenta una tensión de salida mayor que la tensión de la fuente, pero la corriente de salida es menor que la de entrada.
4. DISEÑAR UN SIX DE CONMUTACIÓN DC – DC DISCONTINUA. El convertidor Buck (o reductor) es un convertidor de potencia, DC/DC sin aislamiento galvánico, que obtiene a su salida un voltaje continuo menor que a su entrada. El diseño es similar a un convertidor elevador o Boost, también es una fuente conmutada con dos dispositivos semiconductores (transistor S y diodo D), un inductor L y opcionalmente un condensador Ca la salida. La forma más simple de reducir una tensión continua (DC) es usar un circuito divisor de tensión, pero los divisores gastan mucha energía en forma de calor. Por otra parte, un convertidor Buck puede tener una alta eficiencia (superior al 95% con circuitos integrados) y autorregulación.
5. EXPLICAR LA DIFERENCIA Y SELECCIÓN DE LOS DISPOSITIVOS DE POTENCIA. ( INCLUYA MOSFET, IGBT Y BIPOLARES) BIPOLARES:
Más conocidos como BJTs (“Bipolar Junction Transistors”), básicamente se trata de interruptores de potencia controlados por corriente. Como el lector recordará existen dos tipos fundamentales, los “npn” y los “ pnp”, si bien en Electrónica de Potencia los más usuales y utilizados son los primeros. La siguiente figura muestra un recordatorio de los símbolos empleados para representar los transistores bipolares.
MOSFET:
Así como podemos decir que el transistor bipolar se controla por corriente, los MOSFET son transistores controlados por tensión. Ello se debe al aislamiento (óxido de Silicio) de la puerta respecto al resto del dispositivo. Existen dos tipos b ásico de MOSFET, los de canal n y los de canal p, si bien en Electrónica de Potencia los más comunes son los primeros, por presentar menores pérdidas y mayor velocidad de conmutación, debido a la mayor movilidad de los electrones con relación a los agujeros.
IGBT:
El transistor IGBT, de las siglas en inglés “Isolated Gate Bipolar Transistor”, es un dispositivo híbrido, que aprovecha las ventajas de los transistores descritos en los apartados anteriores, o sea, el IGBT reúne la facilidad de disparo de los MOSFET con las pequeñas pérdidas en conducción de los BJT de potencia. La puerta está aislada del dispositivo, con lo que se tiene un control por tensión relativamente sencillo. Entre el colector y el emisor se tiene un comportamiento tipo bipolar, con lo que el interruptor es muy cercano a lo ideal.
6. IMPORTANCIA Y CONMUTACIÓN DEL TIRISTOR Y TRIAC. TIRISTOR:
El nombre de Tiristor proviene de la palabra griega “ηθνρα”, que significa “una puerta”. El tiristor engloba una familia de dispositivos semiconductores que trabajan en conmutación, teniendo en común una estructura de cuatro capas semiconductoras en una secuencia P-N-P-N, la cual presenta un funcionamiento biestable (dos estados estables). La conmutación desde el estado de bloqueo (“OFF”) al estado de conducción (“ON”) se realiza normalmente por una señal de control externa. La conmutación desde el estado “ON” al estado “OFF” se produce cuando la corriente por el tiristor es más pequeña que un determinado valor, denominada corriente de mantenimiento, (“holding current”), específica para cada tiristor. Dentro de la familia de los tiristores podemos destacar los SCRs (tiristores unidireccionales) y TRIACs (tiristores bidireccionales).
TRIAC:
El TRIAC (“Triode of Alternating Current”) es un tiristor bidireccional de tres terminales. Permite el paso de corriente del terminal A1 al A2 y viceversa, y puede ser disparado con tensiones de puerta de ambos signos. Cuando se trabaja con corriente alterna, es interesante poder controlar los dos sentidos de circulación de la corriente. Evidentemente, con un SCR, sólo podemos controlar el paso de corriente en un sentido. Por tanto uno de los motivos por el cual los fabricantes de semiconductores han diseñado el TRIAC ha sido para evitar este inconveniente. El primer TRIAC fue inventado a finales de los años 60. Simplificando su funcionamiento, podemos decir que un TRIAC se comporta como dos SCR en anti paralelo (tiristor bidireccional). De esta forma, tenemos control en ambos sentidos de la circulación de corriente. La figura 2.9 muestra el esquema equivalente de un TRIAC.
